JP2002228834A - プレート型偏光ビームスプリッタ及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明板上に均一肉厚の偏光ビームスプリッタ
膜を備えた従来構造のプレート型偏光ビームスプリッタ
の欠点である入射光の入射角の制限という不具合を解決
して、平行光以外の発散光、収束光に対しても適用でき
る偏光ビームスプリッタを提供する。 【解決手段】 透明板２の面上に偏光ビームスプリッタ
膜３を成膜した構成のプレート型偏光ビームスプリッタ
において、前記偏光ビームスプリッタ膜は、入射角及び
入射位置が異なる各入射光の入射位置に応じて異なった
最適膜厚を有するように、その膜厚が一方向へ漸増する
ように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプレート型偏光ビー
ムスプリッタの改良に関し、例えばＣＤ（コンパクト・
ディスク）、ＤＶＤ（デジタル・ビデオ・ディスク）等
に対し、情報の読み出し，書き込み等を行う光ピックア
ップに用いられる偏光ビームスプリッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】偏光ビームスプリッタは、Ｐ偏光成分を
透過させる一方で、Ｓ偏光成分を反射させる特性を有
し、光ピックアップ、その他の各種光学装置に使用され
ている。即ち、音楽等の情報を記録するＣＤや、コンピ
ュータ装置等の情報記憶媒体として使用されるＣＤ−Ｒ
ＯＭに記録されている情報を読み出したり、書き込んだ
りするディスク装置では、光ピックアップを使用して、
ディスクに情報を書き込んだり、或いはディスクから情
報を読み出したりしている。

【０００３】図５は、このようなディスク装置で使用さ
れる光ピックアップの一例を示す概略構成図である。こ
の図に示す光ピックアップ１０１は、レーザ光を発生す
る半導体レーザ光源１０２と、この半導体レーザ光源１
０２から出射されるレーザ光を受光してメインスポット
レーザ光（情報読取用のレーザ光）と２つのサイドスポ
ットレーザ光（トラッキングサード用のレーザ光）とを
生成する回折格子１０３と、この回折格子１０３から出
射されるメインスポットレーザ光と２つのサイドスポッ
トレーザ光とを反射するとともに、ディスク１０４側か
ら反射されて戻ってくる戻り光を透過させるプレート型
のビームスプリッタ１０６と、このビームスプリッタ１
０６で反射されたメインスポットレーザ光と各サイドス
ポットレーザ光とを各々平行なビーム光にするととも
に、ディスク１０４側から反射されて戻ってくる戻り光
を平行なビーム光にする集光レンズ１０７と、この集光
レンズ１０７から出射される３つの平行なビーム光（１
つのメインスポットレーザ光、２つのサイドスポットレ
ーザ光）をディスク１０４上の情報読取エリアに集光さ
せながら、この部分で反射されて戻ってくる戻り光を集
光して集光レンズ１０７に戻す対物レンズ１０８と、ビ
ームスプリッタ１０６を透過した戻り光のビーム形状を
整えるビーム整形用レンズ１０９と、このビーム整形用
レンズ１０９で整形された戻り光を受光して、ディスク
１０４に記録されていた情報、トラッキング情報、フォ
ーカス情報に応じた信号を生成する信号読取用フォトダ
イオード１１０とを備えている。

【０００４】半導体レーザ光源１０２によってレーザ光
を発生させ、これを回折格子１０３によって３つのレー
ザ光に分波した後、ビームスプリッタ１０６によってこ
れら３つのレーザ光を反射し集光レンズ１０７によって
平行なビーム光にして、対物レンズ１０８でディスク１
０４上の情報読取エリアに集光させる。この動作と並行
して、対物レンズ１０８によって前記情報読取エリアで
反射された３つのレーザ光を戻り光として集光させたあ
と、集光レンズ１０７によってこれを平行なビーム光に
するとともに、ビームスプリッタ１０６によってこれを
透過させ、さらにビーム整形用レンズ１０９によってこ
れを整形して、信号読取用フォトダイオード１１０で受
光し、前記ディスク１０４に記録されていた各種情報を
示す信号を生成する。尚、３つのレーザ光のうち２つは
トラッキング制御に用いられていることは周知の通りで
ある。上記のプレート型偏光ビームスプリッタ１０６
は、図６に示した如く、ガラス板（透明板）１２０の片
面に偏光ビームスプリッタ膜（以下，ＢＳ膜、という）
１２１を均一厚みで蒸着形成した構成を備えている。Ｐ
偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる特性を備
えたＢＳ膜１２１は、例えばＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂等の高屈
折率物質から成る高屈折率膜と、ＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂等の
低屈折率物質から成る低屈折率膜を交互に複数層（ｎ
層）積層した構成を備えている。即ち、高屈折率膜の膜
厚Ｈをλ／４とし、低屈折率膜の膜厚Ｌをλ／４とした
ときに、ｎ層から成るＢＳ膜１２１の基本構成は、（Ｈ
／２，Ｌ，Ｈ／２）ⁿで表される。

【０００５】ところで、従来のプレート型偏光ビームス
プリッタ１０６は、安価ではあるが、入射角に対する反
射光の変動量が大きいという欠点を有している。即ち、
例えば４５度の入射角（入射光と入射面の法線とのなす
角度）を有したレーザ光Ｌ１に合わせた積層構成を備え
たＢＳ膜を均一の膜厚にてガラス板１２０上に蒸着形成
した場合には、図６に示すようにこのＢＰ膜１２１の異
なった位置に異なった入射角度にて入射するレーザ光Ｌ
２（入射角４０度）、Ｌ３（入射角５０度）のＰ成分を
透過させ、Ｓ成分を反射させる分光特性は、夫々図７に
示した如くである。

【０００６】図７から明らかなように入射角４５度のレ
ーザ光Ｌ１に合わせてＢＳ膜を構成した場合には、入射
角が４５度であるレーザ光Ｌ１の場合には、受光するレ
ーザ光の波長が６４０〜６５０ｎｍの範囲内である場合
にＰ偏光成分を１００％透過させる一方で、Ｓ偏光成分
を全反射させる。一方、入射角が４５度よりも小さくな
るほど長波長側に特性がシフトし、入射角が４５度より
も大きくなるほど短波長側に特性がシフトする。即ち、
プレート型偏光ビームスプリッタは、特性を満足する帯
域（波長領域）が狭く、ＢＳ膜の入射面に対する入射角
度の変動による通過膜厚（光が通過する光路長）の変化
によって、特性を満足する帯域が変わってしまうという
欠点を有する。これを図７に基づいて説明すれば、入射
角が４０度である波長６４０〜６５０ｎｍのレーザ光Ｌ
２を受光した場合に、Ｐ偏光成分の透過率が１００％と
はならない一方で、Ｓ偏光成分の透過率は０％となる。
また、入射角が５０度である波長６４０〜６５０ｎｍの
レーザ光Ｌ３を受光した場合にはＰ偏光成分が１００％
透過する一方で、Ｓ偏光成分は０％の透過率となる。こ
のため、プレート型偏光ビームスプリッタを使用する
と、対応可能な入射光の入射角度が制約を受け、その用
途が制限されるという問題がある。従って、現状ではプ
レート型偏光ビームスプリッタに入射させる光をコリメ
ート光（平行光）に限定して使用している。即ち、これ
を図５に示した光ピックアップの例で説明すれば、発散
光を平行光にするためのコリメートレンズとして機能す
る集光レンズ１０７を偏光ビームスプリッタ１０６の上
方に設けて、集光レンズを透過してくる戻り光を透過さ
せて受光素子１１０に導くように構成している。このた
め、部品点数の増大、大型化、高コスト化、レイアウト
の制限等の不具合が発生していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に鑑みて
なされたものであり、透明板上に均一肉厚のビームスプ
リッタ膜を備えた従来構造のプレート型偏光ビームスプ
リッタの欠点である入射光の入射角の制限という不具合
を解決して、平行光以外の発散光、収束光に対しても適
用できる偏光ビームスプリッタを提供することを課題と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１は、透明板の面上に偏光ビームス
プリッタ膜を成膜した構成のプレート型偏光ビームスプ
リッタにおいて、前記偏光ビームスプリッタ膜は、入射
角及び入射位置が異なる各入射光の入射位置に応じて異
なった最適膜厚を有するように、その膜厚が一方向へ漸
増するように構成されていることを特徴とする。請求項
２は、透明板の面上に偏光ビームスプリッタ膜を成膜し
た構成を備え、該偏光ビームスプリッタ膜の膜厚が入射
角及び入射位置の異なる各入射光の入射位置に応じて異
なった最適膜厚を有するように一方向へ漸増するように
構成されているプレート型偏光ビームスプリッタの製造
装置であって、蒸着炉と、該蒸着炉内に配置された蒸着
源と、該蒸着源から放射される蒸着物質の付着を受ける
上記透明板を支持する支持部材と、を備え、前記支持部
材は、前記透明板の一端縁が前記蒸着源に対して最接近
し、対向する他端縁が最離間するように、該透明板を傾
いた状態で支持することを特徴とする。請求項３は、透
明板の面上に偏光ビームスプリッタ膜を成膜した構成を
備え、該偏光ビームスプリッタ膜の膜厚が入射角及び入
射位置の異なる各入射光の入射位置に応じて異なった最
適膜厚を有するように一方向へ漸増するように構成され
ているプレート型偏光ビームスプリッタの製造装置であ
って、蒸着炉と、該蒸着炉内に配置された蒸着源と、該
蒸着源から放射される蒸着物質の付着を受ける上記透明
板を支持する支持部材と、を備え、前記支持部材は、前
記蒸着源と対向する前記透明板の一面全体が前記蒸着源
に対してほぼ等距離となる位置関係を有するように該透
明板を支持し、前記蒸着源と前記透明板との間に、透明
板の一面に蒸着される偏光ビームスプリッタ膜の膜厚を
一方向へ漸増させるように機能する補正板を配置したこ
とを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した実施
の形態により詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係るプレート型偏光ビームスプリッタの断面図で
あり、このプレート型偏光ビームスプリッタ（以下、プ
レート型ＢＳ、という）１は、ガラス等の透明材料から
成る平板状透明板２の一面に偏光ビームスプリッタ膜
（以下、ＢＳ膜、という）３を蒸着形成した構成を備え
ている。このプレート型ＢＳ１は、その全体膜厚が透明
板２の一端側から対向する他端側へ向けて漸増（或い
は、漸減）するように傾斜させた構成が特徴的である。
ＢＳ膜３の積層構造は、例えばＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂等の高
屈折率物質から成る高屈折率膜と、ＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂等
の低屈折率物質から成る低屈折率膜を交互に複数層（ｎ
層）積層した構成を備えている。即ち、高屈折率膜の膜
厚Ｈをλ／４とし、低屈折率膜の膜厚Ｌをλ／４とした
ときに、ｎ層から成るＢＳ膜３の基本構成は、（Ｈ／
２，Ｌ，Ｈ／２）ⁿで表されるが、本発明においては個
々の高屈折率膜と低屈折率膜の各膜厚は均一ではなく、
一方向へ一定の率にて漸増するように構成する。このた
め、これらの薄膜を積層して成るＢＳ膜３は、一方向へ
膜厚が漸増する構成となる。上記の如くプレート型偏光
ビームスプリッタ１におけるＢＳ膜３の膜厚と特性との
関係は、入射光の入射角が一定の場合には、膜厚を厚く
した時に長波長側へシフトし、膜厚を薄くした時に短波
長側へシフトする。そこで、本発明では上記の如く、ガ
ラス板２の面に対する入射角が小さいレーザ光の入射位
置の膜厚を薄くする一方で、入射角が大きいレーザ光の
入射位置の膜厚を厚くすることができるように、入射角
の小さい光の入射位置から入射角の大きい光の入射位置
に向けて膜厚を漸増させることにより、従来のプレート
型ＢＳの欠点である入射光の入射角の変動に起因した特
性のずれを修正するようにした。なお、入射角の異なる
各レーザ光に対応した最適な膜厚は、後述する如く、所
定波長のレーザ光中のＰ偏光成分を１００％透過させる
一方で，Ｓ偏光成分を１００％反射させることができる
ように設定する。このため、本発明のプレート型偏光ビ
ームスプリッタによれば、コリメートレンズ等を用いて
入射光を平行光に整形することなく、発散光や収束光に
含まれる入射角度が異なるレーザ光を一つのプレート型
ＢＳ１によって分光特性のずれなく取り扱うことが可能
となる。

【００１０】図２及び図３は、本発明の一実施形態に係
るプレート型偏光ビームスプリッタの分光特性を示す図
である。図２は図１に示すように入射角４０度のレーザ
光がＢＳ膜３の膜厚の薄い箇所に入射した場合の特性を
示し、図３は入射角５０度のレーザ光がＢＳ膜３の膜厚
の厚い箇所に入射した場合の特性を示す図である。な
お、入射角４５度の光がＢＳ膜３の適所に入射した場合
の特性は、図７中に示した光Ｌ１の特性と同様である。
図２に示すように入射角４０度の光がＢＳ膜３の所定の
薄肉位置に入射した場合には、波長が６４０〜６５０ｎ
ｍの範囲のレーザ光のＰ偏光成分を１００％透過する一
方で，Ｓ偏光成分を全反射することができる。また、図
３に示すように入射角５０度のレーザ光がＢＳ膜３の所
定の薄肉位置に入射した場合にも、同様に、波長が６４
０〜６５０ｎｍの範囲のレーザ光のＰ偏光成分を１００
％透過する一方で，Ｓ偏光成分を全反射することができ
る。つまり、入射角度が４５度を中心として増減変更し
たとしても、所定範囲の波長を有したレーザ光のＰ偏光
成分を透過させたり、或いはＳ偏光成分を全面反射させ
る特性を維持することが可能となる。

【００１１】次に、図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の一
実施形態に係るプレート型偏光ビームスプリッタを製造
する蒸着装置を示す略図、及び要部拡大図である。この
製造装置（蒸着装置）１０は、上記実施形態において説
明したプレート型偏光ビームスプリッタの製造装置であ
る。この製造装置１０は、蒸着炉１１と、該蒸着炉１１
内に配置されて蒸気状の蒸着物質を放射状に放出する蒸
着源１２と、蒸着物質１３を付着する面を蒸着源１２に
向けた透明板２を複数支持する支持部材１４と、を備え
る。支持部材１４は、例えば図示の如きドーム状の構成
を備え、その下面に複数の平板状透明板２を所定の配置
にて支持している。即ち、支持部材１４は、各透明板２
の一端縁２ａが蒸着源１２に対して最接近し、且つ対向
する他端縁２ｂが蒸着源１２から最離間する方向を向く
ように、各透明板２を傾いた状態で支持する。このよう
に各透明板２を支持することによって、蒸着源１２から
最も近い透明板面部分には蒸着物質が厚く堆積し、蒸着
源から最も遠い透明板面部分には蒸着物質が薄く堆積す
る。従って、透明板面の他端縁１ｂから一端縁１ａにか
けての全蒸着膜（ＢＳ膜）３の肉厚は、所定の傾斜角度
をもって漸増するようになる。

【００１２】次に、図示しない本発明の製造装置（蒸着
装置）の他の実施形態では、図４に示した蒸着源１２と
対面するように支持部材１４によって支持された各透明
板２の全蒸着面に対して蒸着物質が均一厚に堆積するよ
うに、前記支持部材１４は、前記蒸着源と対向する透明
板の一面全体が前記蒸着源に対してほぼ等距離となる位
置関係を有するように該透明板を支持する。更に、蒸着
源１２と透明板４との間に、透明板の一面に蒸着される
偏光ビームスプリッタ膜の膜厚を一方向へ漸増（或い
は、漸減）させるように付着量を制御する補正板を配置
する。このように図示しない周知の補正板を介在させる
ことによって、結果として図４の製造装置によって製造
した場合と同様の膜厚分布（膜厚傾斜）を有したＢＳ膜
を備えたプレート型ＢＳを製造することができる。な
お、上記実施形態では本発明のプレート型偏光ビームス
プリッタを光ピックアップに適用した例を示したがこれ
は一例であり、本発明は上記以外のあらゆる光学系に適
用することができる。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、透明板上に均一肉厚の
偏光ビームスプリッタ膜を備えた従来構造のプレート型
偏光ビームスプリッタの欠点である入射光の入射角の制
限という不具合を解決して、平行光以外の発散光、収束
光に対しても適用できる偏光ビームスプリッタを提供す
ることができる。即ち、本発明は、偏光ビームスプリッ
タの肉厚を透明板面上において均一化するのではなく、
透明板の一端縁から対向する他端縁に向けて一定の増加
率で肉厚が漸増するように構成した。従って、平行光以
外のレーザ光が入射したときに、異なった入射角度の光
が当該入射角の光に適応した肉厚を有した部分に入射す
ることになるので、入射角の変動に応じて偏光ビームス
プリッタの分光特性が大きく変動するという不具合がな
くなる。従って、入射光を平行光にするためのコリメー
トレンズ等の光学部品を増設する必要が無くなり、部品
点数の低減による小型化、レイアウト自由度の向上、コ
ストダウンを図ることができる。また、蒸着対象となる
透明板が蒸着源に対向する角度を変更する、或いは補正
板を配置するだけの簡単な操作、改良により、従来使用
されてきた蒸着装置を用いて本発明のプレート型偏光ビ
ームスプリッタを製造することができるので、新たな製
造装置の製作、購入が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプレート型偏光ビー
ムスプリッタの断面図。

【図２】本発明の一実施形態に係るプレート型偏光ビー
ムスプリッタの分光特性を示す図。

【図３】本発明の一実施形態に係るプレート型偏光ビー
ムスプリッタの分光特性を示す図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る
プレート型偏光ビームスプリッタを製造する蒸着装置を
示す略図、及び要部拡大図。

【図５】光ディスク装置で使用される光ピックアップの
一例を示す概略構成図。

【図６】従来のプレート型偏光ビームスプリッタの構成
を示す断面図。

【図７】ビームスプリッタ膜の異なった位置に異なった
入射角度にて入射するレーザ光Ｌ２、Ｌ３のＰ成分を透
過させ、Ｓ成分を反射させる分光特性を示す図。

【符号の説明】

１ プレート型偏光ビームスプリッタ（プレート型Ｂ
Ｓ）、２ 透明板、３ 偏光ビームスプリッタ膜（ＢＳ
膜）、１０ 製造装置、１１ 蒸着炉、１２ 蒸着源、
１３ 蒸着物質、１４ 支持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明板の面上に偏光ビームスプリッタ膜
   を成膜した構成のプレート型偏光ビームスプリッタにお
   いて、 前記偏光ビームスプリッタ膜は、入射角及び入射位置が
   異なる各入射光の入射位置に応じて異なった最適膜厚を
   有するように、その膜厚が一方向へ漸増するように構成
   されていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
2. 【請求項２】 透明板の面上に偏光ビームスプリッタ膜
   を成膜した構成を備え、該偏光ビームスプリッタ膜の膜
   厚が入射角及び入射位置の異なる各入射光の入射位置に
   応じて異なった最適膜厚を有するように一方向へ漸増す
   るように構成されているプレート型偏光ビームスプリッ
   タの製造装置であって、 蒸着炉と、該蒸着炉内に配置された蒸着源と、該蒸着源
   から放射される蒸着物質の付着を受ける上記透明板を支
   持する支持部材と、を備え、 前記支持部材は、前記透明板の一端縁が前記蒸着源に対
   して最接近し、対向する他端縁が最離間するように、該
   透明板を傾いた状態で支持することを特徴とする偏光ビ
   ームスプリッタの製造装置。
3. 【請求項３】 透明板の面上に偏光ビームスプリッタ膜
   を成膜した構成を備え、該偏光ビームスプリッタ膜の膜
   厚が入射角及び入射位置の異なる各入射光の入射位置に
   応じて異なった最適膜厚を有するように一方向へ漸増す
   るように構成されているプレート型偏光ビームスプリッ
   タの製造装置であって、 蒸着炉と、該蒸着炉内に配置された蒸着源と、該蒸着源
   から放射される蒸着物質の付着を受ける上記透明板を支
   持する支持部材と、を備え、 前記支持部材は、前記蒸着源と対向する前記透明板の一
   面全体が前記蒸着源に対してほぼ等距離となる位置関係
   を有するように該透明板を支持し、 前記蒸着源と前記透明板との間に、透明板の一面に蒸着
   される偏光ビームスプリッタ膜の膜厚を一方向へ漸増さ
   せるように機能する補正板を配置したことを特徴とする
   偏光ビームスプリッタの製造装置。